茅洲河口滩涂开发对洪潮及河势的影响与对策研究

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(珠江水利科学研究院，广东广州510611)

河口海岸滩涂不仅是重要的后备土地资源，也是湿地资源的重要组成部分。国内外对沿海滩涂资源的开发由来已久，并随着沿海地区的人口增长和经济发展，对滩涂利用提出了更多需求[1-3]。可见，河口海岸滩涂的演变受到自然过程及人类活动的双重作用，耦合着不同级次的正负反馈过程。因此滩涂资源的合理开发利用和有效管理，对于促进经济社会可持续发展，保障防洪安全、维护河口河势稳定和保护生态环境等方面具有十分重要的意义[4]。

滩涂区域的围填开发改变了局地的水文和沉积环境，进而对区域的防洪、河床冲淤和河势稳定等产生影响，因此引起相关的研究关注，以获得合理的规划，使开发利用活动对滩涂演变的影响可控[5-8]。在珠江河口地区岸线、滩涂的开发利用中，也明确提出了必须树立“防洪优先”的观念，维护河势稳定，保障岸线及滩涂资源的可持续利用[9]。从20世纪90年代至今，珠江河口的滩涂开发利用活动和影响研究一直备受关注[10-12]。

为缓解土地与社会发展的矛盾，基于深圳市海洋新兴产业基地项目，深圳市拟对近岸滩涂进行开发，开发区域位于伶仃洋东滩、茅洲河出口。在此背景下，研究项目对珠江口伶仃洋和相邻茅洲河行洪纳潮、河势稳定的影响显然十分必要。

1 基本情况

1.1 区域概况

伶仃洋平面上呈北北西—南南东走向的喇叭形，是珠江最大的河口湾。湾内汇集了珠江八大口门中的东部4个口门——虎门、蕉门、洪奇门和横门，接纳东江、流溪河全部及北江大部分、西江部分来水。伶仃洋水下地形存在“两槽三滩”格局，即东槽和西槽，东滩、中滩和西滩，总的变化趋势是西滩向东南方向扩展，中滩向东淤长，东滩向西略有扩展，深槽向东渐淤，并有下移趋势。

规划区位于伶仃洋东岸、茅洲河出口左岸下游。茅洲河出口断面上游1.5 km处河宽约270 m，至出口断面放宽至700 m，口外主槽偏南布置，底高程低于-3 m，出口西北侧为大范围浅滩，顶高程在-1.5 m以下。

1.2 规划方案布置

在不超出茅洲河河口控制线的基础上，考虑现状地形、已有滩涂控制性规划、利于泄洪纳潮等角度拟定了3个比选方案，见图1。

方案1：北端从广深沿江高速外缘开始，往西南方向基本沿茅洲河河口右侧-2 m等高线，往南走基本沿-3.5 m等高线直至深圳宝安综合港区一期工程，围填面积为8.06 km2。方案2：北端从广深沿江高速外缘开始，往西南方向基本沿茅洲河河口右侧-2 m等高线，往南走基本沿-3 m等高线直至深圳宝安综合港区一期工程，围填面积为7.44 km2。方案3：北端从广深沿江高速外缘开始，往西南方向走基本沿茅洲河出口-3 m等高线，往南走基本沿-2.5 m等高线直至深圳宝安综合港区一期工程，围填面积为6.65 km2。

1.3 研究方法

数学模型具有简便快速、前瞻可控的特点，在多方案比选研究中具有明显的优势，也是本次研究的主要技术手段。研究采用的一、二维联解潮流、泥沙数学模型已在珠江河口的多个项目中进行验证和应用，其中较大型的规划项目有深圳市大小铲岛港区规划[13-14]。

1.3.1研究范围

一维数学模型研究范围：包括东、西、北江三角洲网河区、广州水道、潭江水道及茅洲河等，模拟河道长度约1 765 km，其中茅洲河上游延至距河口约15 km。二维数学模型研究范围：包括伶仃洋浅海区、大亚湾、大鹏湾、香港水域、深圳湾、澳门浅海区、磨刀门浅海区，模拟水域面积约6 514 km2。

一、二维模型联解点设在虎门的大虎断面、蕉门的南沙断面、洪奇门的冯马庙断面、横门的横门断面、磨刀门的灯笼山站断面以及茅洲河排涝河口下游约0.7 km处的河道断面。联解模型是使连接断面处满足以下条件：一维断面的水位、流量和泥沙通量与二维各节点的平均水位、积分流量和泥沙通量相等。

1.3.2计算方法

一维水流连续性方程和运动方程的离散采用Preissmann四点偏心隐式差分格式;对流扩散方程先按差分格式离散，对流项采用迎风差分格式, 其余用中心差分格式。二维模型采用曲线网格模拟研究区域,借助ADI法离散基本方程，基本方程组离散格式的求解采用追赶法进行。

1.4 模型验证

验证内容包括联解模型的水沙验证和二维模型的水沙验证、河床冲淤验证。详细的验证内容见相关研究报告[13,15]，在此仅介绍交椅湾内规划开发方案附近河床冲淤验证的成果，验证区域分布见图2。考虑年内的洪、枯变化，河床冲淤验证选取代表性的洪、枯水文条件，即“99·7”中水和“2001·2”枯水，验证范围内的误差统计见表1。

表1 规划区附近河床冲淤验证误差统计

计算结果表明，规划区附近处于冲淤基本平衡的微淤态势，实测地形资料统计年均回淤厚度为0.043 m，模型计算结果为0.038，误差为11.6%，满足相关规范要求。可见，潮流泥沙数学模型的验证是成功的，模型可以用于规划方案的计算研究。

2 方案比选论证

2.1 壅水影响

各规划方案实施后，将占用茅洲河口主槽，缩窄茅洲河潮流通道面积，造成茅洲河口及其上游河道高、低潮位均出现壅高，潮差减小；距离规划区较远的口门和伶仃洋其他水域潮位则变化很小。百年一遇洪水下茅洲河高潮位抬升0.04～0.06 m在以内，相差不大；低潮位抬升则较明显，方案1—3升幅依次为0.459、0.459、 0.352 m，方案1、2茅洲河低潮位壅高值在10 cm以上、方案3低潮位壅高值在6 cm以上的影响距离可至河道上游3 km范围。可见，各方案都在不同程度上占用了茅洲河出口主槽，不利于茅洲河洪水宣泄，以方案1影响最大，方案3影响最小。

2.2 河势影响

2.2.1流速

受茅洲河出口主槽被占、过流断面束窄的阻流影响，茅洲河上游河道流速普遍减小；规划围垦区近岸及其下游水域，流速也主要表现为减小；而更多水流则往规划区域西侧、北侧挤压，这些水域则呈现流速增大趋势。茅洲河流速最大减小值约0.20 m/s，规划围垦区西侧水域流速最大增加值约0.50 m/s，宝安港区前沿水域流速变化值基本不超过0.05 m/s。由于各规划方案占用水域面积与位置的不同，对流速的影响程度和范围存在差异，流速变化等值线分布见图3。总体来看，方案1占用水域面积最大，方案3占用最小，对流速的影响，方案1最大、方案2次之，方案3最小。

2.2.2流态

现状下，茅洲河河口深圳侧岸线自南至北由西北向偏转为东北向，茅洲河涨落潮流在此形成弯道水流。规划方案实施后，岸线进一步向西外扩，弯道水流的特征进一步凸显。受规划区岸线凸出的挑流作用，茅洲河落潮流和伶仃洋落潮流交汇点不同程度地往西和往北偏移。方案1西端点向西移动距离达750 m，对涨潮流的影响最大，涨急时刻涨潮流在惯性的作用下进一步向西北流动，绕过挑流点后，部分涨潮流东偏经茅洲河出口下游右侧浅滩后上溯进入茅洲河；落潮时在岸线的挑流下，落潮流对伶仃洋东槽落潮流顶托作用较明显。方案2西端点向西移动距离为490 m，对流态的影响较方案1显著减小；方案3西端点向西移动距离为280 m，变化相对较小(图3)。各规划方案实施导致的涨、落潮流态变化见图4。

受规划方案布置的影响，茅洲河出口主槽被占，河口区伶仃洋东岸滩涂被占，因此规划区域附近水动力轴线总体呈向西北移动的趋势，变化以方案1最大，方案2、3相对较小。

2.2.3潮量

滩涂开发规划方案占用了茅洲河出口主槽和伶仃洋东侧近岸水域，导致茅洲河口断面和伶仃洋东部水域涨、落潮量都有所减小。茅洲河口3个方案落潮量最大减幅分别为3.54%、3.44%、2.65%，涨潮量最大减幅分别为2.86%、2.84%、2.26%。河口区规划区域所处的龙穴岛东断面，3个方案落潮量最大减幅分别为0.63%、0.50%、0.35%，涨潮量最大减幅分别为0.71%、0.58%、0.41%。可见，对潮量的影响也是方案1最大，方案2次之，方案3最小。

2.2.4冲淤

滩涂开发方案实施前后区域的河床冲淤分布见图5。可见，规划方案实施前，茅洲河出口-3.0 m槽道全线贯通，主槽处于微冲态势，主槽西北侧的交椅湾浅滩呈现淤积趋势。规划方案实施后，因断面水流动力强劲，茅洲河出口右侧浅滩冲刷加剧；滩涂开发区近岸上段方案1和方案2下冲刷强度减弱，方案3下冲刷强度与现状基本持平；中下段淤积加强，河口-3.0 m槽道消失。同时，茅洲河出口原近岸主槽输沙通道被占用，更多水沙往主槽以西、以北的浅滩输移，导致茅洲河口外西侧的交椅湾浅滩淤强增加较为明显，出现淤强为0.40 m/a淤积带。在滩涂开发区域南段，围垦区西侧近岸流速减小，淤积也有所加强，因方案1西扩范围最大，从而淤积带也相对最为明显。

并对茅洲河口附近进行分区(图6)，统计各区域的冲淤变化，见表2。由表可见，规划方案近岸区域下段(2区)淤积加强，现状淤积强度为0.001 m/a，方案1、2、3实施后淤积强度分别为0.068、0.084、0.103 m/a；茅洲河出口北汊延伸段(6区)也呈现淤积加强的趋势，方案1、2、3实施后淤积厚度分别为0.161、 0.159、 0.143 m/a； 茅洲河口北侧浅滩(4、5区)淤积也有加强趋势，各方案实施后淤积厚度分别为0.296、0.294、0.257 m/a。

总体上看，由于各规划方案处于凹形湾弱流区，方案实施对茅洲河出口局部的河势稳定有一定影响，但对伶仃洋水域的整体滩槽稳定影响不大。其中，方案1影响最大、方案2次之，方案3影响最小。

2.3 比选分析

各规划方案都在不同程度上占用了茅洲河口主槽，造成潮位的壅升，不利于茅洲河泄洪。短期内新的主槽难以形成，为了确保茅洲河泄洪和排涝安全，在滩涂开发规划实施的同时必须进行茅洲河河口整治。从对伶仃洋纳潮量和流势影响来看，方案1西侧外缘线南段西拓最多，占用滩涂面积最大，对伶仃洋纳潮量、茅洲河涨落潮流与伶仃洋东槽潮流交汇影响较大，对东槽落潮流形成一定顶托，不利于伶仃洋东槽的稳定；方案2、3对伶仃洋东槽的影响相对较小。从各方案对伶仃洋河势稳定来看，方案2、3均可接受，但均存在茅洲河洪水位抬升的问题，需要进行茅洲河泄洪整治。考虑到当地经济发展的需要，提高滩涂开发利用效果，在整治措施可行的基础上选择方案2作为推荐方案。

3 对策方案及效应

根据比选论证结果，在滩涂开发利用的同时须进行茅洲河泄洪整治，因此滩涂开发综合方案包含了滩涂开发利用方案2和泄洪整治方案。其中，泄洪整治方案如下：整治河长4.0 km，底高程-4.0 m，上游底宽150 m，下游底宽200 m，边坡1∶7，上游端在广深沿江高速附近与现有深槽平顺衔接，下游端至-4 m等高线，见图7。

模型计算结果表明，综合方案实施后，茅洲河百年一遇洪水时高潮位最大壅高值仅为0.012 m，低潮位则从壅高转为降低，表明新槽道能够减小滩涂开发方案2单独实施对茅洲河洪涝排泄的不利影响。从潮量变化来看，“2001·2”枯水条件下茅洲河口断面涨、落潮量比现状轻微增大，增幅为0～0.04%，说明新的主槽疏通后，能够显著减少滩涂开发利用方案对茅洲河纳潮的影响，有利于维持茅洲河的水体交换能力。并模拟了开挖槽道的中期演变情况，时间尺度为5 a。计算结果表明，综合方案实施5 a后，整治槽道淤积量不大，上段仍有所冲刷，中下段淤积，5 a后累积淤厚约0.215 m，总体上5 a后新开主槽平均高程仍低于-3.5 m，并基本达到稳定状态。可见，新开槽道能够保持稳定。

整体来看，包括滩涂开发利用和泄洪整治措施的综合方案实施对茅洲河泄洪、纳潮影响很小，流速、流态影响集中在规划区域西侧水域，对其他水域影响较小，同时新开槽道也较稳定。说明结合开展茅洲河河口整治，对近岸的滩涂开发是可行的。

4 结语

本研究基于潮流泥沙数学模型，预测了深圳市海洋新兴产业基地项目茅洲河口滩涂开发利用对区域泄洪纳潮和滩槽稳定的影响。鉴于滩涂开发规划方案的不利影响较大，必须同时开展茅洲河河口整治。研究提出了初步的河口泄洪整治措施，结合该措施，推荐了可行的滩涂开发利用方案。规划区域处于茅洲河下泄流与伶仃洋潮流的交汇地带，潮流泥沙动力环境较为复杂。为了指导茅洲河有序延伸，稳定茅洲河河口河势，有必要进一步完善茅洲河河口泄洪整治规划；并开展滩涂综合开发方案实施前后的水文、地形观测，以掌握茅洲河河口滩槽演变的未来变化趋势及开发方案对河口防洪、河势稳定的实际影响，为区域滩涂资源的可持续开发利用提供基础研究资料。